RU2480596C2 - Conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with rack-and-pinion mechanism in internal combustion engine - Google Patents

Conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with rack-and-pinion mechanism in internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2480596C2
RU2480596C2 RU2011126511/06A RU2011126511A RU2480596C2 RU 2480596 C2 RU2480596 C2 RU 2480596C2 RU 2011126511/06 A RU2011126511/06 A RU 2011126511/06A RU 2011126511 A RU2011126511 A RU 2011126511A RU 2480596 C2 RU2480596 C2 RU 2480596C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
engine
gear
shaft
toothed
Prior art date
Application number
RU2011126511/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011126511A (en
Inventor
Николай Иванович Дирин
Original Assignee
Николай Иванович Дирин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Иванович Дирин filed Critical Николай Иванович Дирин
Priority to RU2011126511/06A priority Critical patent/RU2480596C2/en
Publication of RU2011126511A publication Critical patent/RU2011126511A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2480596C2 publication Critical patent/RU2480596C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with a rack-and-pinion mechanism in the internal combustion engine consists of a cylinder block, a piston, a piston pin and a piston-rod. Two toothed rims are installed on the engine shafts under each cylinder. Piston with piston-rod and two toothed racks installed on opposite sides relative to the engine shaft moves along the cylinder axis. Toothed racks are constantly engaged with two toothed rims on the engine shaft with similar number of teeth at the angle of 180° and at movement of the piston-rod with the piston, toothed rims rotate opposite each other. At dead points of the piston, one toothed rim is disengaged from the engine shaft and rotates idly, and at the same time, the second toothed rim is engaged with the engine shaft, thus transmitting to it the rotational movement in the same direction. The piston stroke is restricted with a limit stop on the toothed rim and a limit stop on the toothed rack.
EFFECT: reduction of mechanical losses.
9 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно - служит для замены кривошипно-шатунного механизма на механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала двигателя двумя реечно-шестеренчатыми передачами.The invention relates to internal combustion engines, and more specifically, serves to replace the crank mechanism by a mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational movement of the output shaft of the engine with two rack and pinion gears.

Известно, что на современных двигателях внутреннего сгорания для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала применяется кривошипно-шатунный механизм. Во время такта расширения усилие от давления газов передается через поршень и поршневой палец на шатун и одновременно боковым усилием прижимает поршень к стенке цилиндра. Усилие, направленное по оси шатуна, через шатунную шейку действует на колено вала, которое разлагается на радиальное усилие, направленное по радиусу кривошипа и прижимающее коренные шейки коленчатого вала к подшипникам, и тангенциальное касательное усилие, направленное перпендикулярно радиусу кривошипа, приложенное к шатунной шейке и вращающее коленчатый вал. У кривошипно-шатунного механизма одним из основных параметров, влияющих на величину передаваемой мощности от давления газов в цилиндре на поршень, является угол поворота коленчатого вала, перемещение поршня и угол отклонения шатуна от оси цилиндра. За рабочий ход поршня коленчатый вал поворачивается на угол от 0 до 180°. Крутящий момент на валу двигателя, который зависит от величины тангенциального касательного усилия, при повороте коленчатого вала от 0 до 90° возрастает от 0 до максимума, а при дальнейшем повороте от 90 до 180° уменьшается до 0. Тепловая энергия, развиваемая внутри цилиндра от давления газов на поршень, преобразуется в механическую работу, часть этой механической энергии затрачивается на преодоление полезных сопротивлений, т.е. на вращение коленчатого вала и приведение в движение потребителей. Остальная часть механической энергии расходуется на преодоление внутренних сопротивлений в двигателе (трение между поршнем и гильзой цилиндра, трение шеек коленчатого вала в подшипниках и т.д.). Часть механической энергии расходуется на увеличение силы движущихся частей механизма, главным образом маховика. Маховик является аккумулятором кинетической энергии с целью ее отдачи для вывода поршней из мертвых точек, облегчает вращение коленчатого вала при пуске двигателя и равномерного его вращения. Чем больше размеры маховика и частота циклов у двигателя, тем меньше колебание угловой скорости.It is known that on modern internal combustion engines, a crank mechanism is used to convert the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the shaft. During the expansion stroke, the force from the gas pressure is transmitted through the piston and the piston pin to the connecting rod and at the same time the lateral force presses the piston against the cylinder wall. The force directed along the connecting rod axis acts on the crankshaft through the connecting rod neck, which decomposes into a radial force directed along the radius of the crank and pressing the crankshaft main necks to the bearings, and a tangential tangential force directed perpendicular to the radius of the crank applied to the connecting rod neck and crankshaft. In the crank mechanism, one of the main parameters affecting the amount of transmitted power from the gas pressure in the cylinder to the piston is the angle of rotation of the crankshaft, the movement of the piston and the angle of deviation of the connecting rod from the cylinder axis. During the working stroke of the piston, the crankshaft rotates through an angle from 0 to 180 °. The torque on the engine shaft, which depends on the tangential tangential force, increases from 0 to maximum when the crankshaft rotates from 0 to 90 °, and decreases to 0 when further turns from 90 to 180 °. The heat energy developed inside the cylinder by pressure gases on the piston is converted into mechanical work, part of this mechanical energy is spent on overcoming useful resistances, i.e. to rotate the crankshaft and drive consumers. The rest of the mechanical energy is spent on overcoming internal resistance in the engine (friction between the piston and the cylinder liner, friction of the crankshaft journals in bearings, etc.). Part of the mechanical energy is spent on increasing the strength of the moving parts of the mechanism, mainly the flywheel. The flywheel is a battery of kinetic energy for the purpose of its return to the output of the pistons from the dead points, facilitates the rotation of the crankshaft when starting the engine and its uniform rotation. The larger the size of the flywheel and the cycle frequency of the engine, the smaller the variation in angular velocity.

Конструкция кривошипно-шатунного механизма представляет собой сложное устройство, требующее высокой точности при изготовлении и ухода во время эксплуатации. Конструкция кривошипно-шатунного механизма подробно описана в литературе [Маргулис Ю.Б. Двигатели внутреннего сгорания. Теория, конструкция и расчет. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1972, с.14, с.97, с.256-296; Шестопалов К.С., Демиховский С.Ф. Легковые автомобили. - М.: ДОСААФ, 1989, с.12-24].The design of the crank mechanism is a complex device that requires high precision in the manufacture and care during operation. The design of the crank mechanism is described in detail in the literature [Margulis Yu.B. Internal combustion engines. Theory, construction and calculation. Ed. 2nd. M .: Engineering, 1972, p.14, p.97, p.256-296; Shestopalov K.S., Demikhovsky S.F. Cars. - M .: DOSAAF, 1989, p.12-24].

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и повышение технико-экономических показателей двигателя за счет снижения механических потерь, устранения колебания угловой скорости (соответственно, снижение числа оборотов двигателя) и упрощение конструкции.The aim of the present invention is to eliminate these drawbacks and improve the technical and economic performance of the engine by reducing mechanical losses, eliminating fluctuations in angular velocity (respectively, reducing the number of engine revolutions) and simplifying the design.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного двигателя внутреннего сгорания, состоящего из блока цилиндров, поршня, поршневого пальца, шатуна и коленчатого вала в предлагаемом двигателе отсутствует коленчатый вал, а усилие от давления газов на поршень и на вращение вала двигателя передается двумя реечно-шестеренчатыми передачами. На боковых сторонах шатуна по разные стороны относительно вала двигателя установлены две зубчатые рейки, которые с шатуном перемещаются вдоль оси цилиндра и постоянно находятся в зацеплении с двумя зубчатыми венцами на валу двигателя с одинаковым количеством зубьев на угле 180°. При перемещении поршня с шатуном зубчатые венцы вращаются навстречу друг другу, а в мертвых точках поршня, одновременно, один зубчатый венец выходит из зацепления с валом двигателя и вращается вхолостую, а второй зубчатый венец входит в зацепление с валом двигателя, передавая ему вращательное движение. Ход поршня ограничивается упорами на зубчатом венце и на зубчатой рейке. На валу двигателя выполнен общий шпоночный паз под два зубчатых венца с углублением в поперечном сечении под ось качающейся шпонки. Шпоночные пазы попарно (под первым и четвертым, вторым и третьим цилиндрах) расположены на одной оси и смещены относительно друг друга на 180°. Шпонка под два зубчатых венца выполнена одной деталью с осью опоры и вращения по центру, а ее плечи расположены под углом друг к другу. Высота шпонки равна глубине паза на валу двигателя, а ее плечи выступают за пределы зубчатой части на венцах и служат опорой для переключения сцепления зубчатого венца с валом двигателя от подпружиненной планки, скользящей по кулачку. В верхней (нижней) мертвых точках поршня одновременно совмещаются в одной плоскости шпоночные пазы на валу двигателя и на зубчатых венцах и усилием подпружиненной планки плечо шпонки утапливается в шпоночном пазу на валу двигателя, выводя из зацепления ранее включенный зубчатый венец, а второе плечо шпонки входит в шпоночный паз на втором зубчатом венце и вводит его в зацепление с валом двигателя.This goal is achieved by the fact that, in contrast to the known internal combustion engine, consisting of a cylinder block, piston, piston pin, connecting rod and crankshaft, the proposed engine does not have a crankshaft, and the force from the gas pressure on the piston and on the rotation of the engine shaft is transmitted by two gears. On the lateral sides of the connecting rod, on the opposite sides of the engine shaft, two gear racks are installed that move with the connecting rod along the axis of the cylinder and are constantly engaged with two gear crowns on the engine shaft with the same number of teeth at an angle of 180 °. When moving the piston with the connecting rod, the ring gears rotate towards each other, and at the dead points of the piston, at the same time, one ring gear disengages from the engine shaft and rotates idle, and the second ring gear engages with the engine shaft, transmitting rotational motion to it. The piston stroke is limited by stops on the ring gear and on the rack. A common keyway is made on the motor shaft for two gear rims with a recess in cross section under the axis of the swinging key. The keyways in pairs (under the first and fourth, second and third cylinders) are located on the same axis and are offset by 180 ° relative to each other. The key for two gear crowns is made by one piece with the axis of the support and rotation in the center, and its shoulders are located at an angle to each other. The height of the dowel is equal to the depth of the groove on the motor shaft, and its shoulders protrude beyond the gears on the crowns and serve as a support for switching the clutch of the gear ring with the motor shaft from a spring-loaded bar sliding on the cam. In the upper (lower) dead points of the piston, the keyways on the motor shaft and on the gear rims are simultaneously aligned in the same plane and the spring loaded with the force of the spring bar is recessed into the keyway on the motor shaft, disengaging the previously engaged gear ring and the second key arm is engaged the keyway on the second gear ring and engages it with the motor shaft.

На фиг.1 изображен общий вид механизма преобразования в продольном разрезе блока цилиндров двигателя, с вырезом для лучшей наглядности конструкции. На фиг.2 изображен вид на механизм снизу с вырезом по оси вала двигателя для наглядности взаимодействия между зубчатыми рейками, зубчатыми венцами и подпружиненными планками с валом двигателя. На фиг.3 изображено сечение механизма, где плечом качающейся шпонки зубчатый венец введен в зацепление с валом двигателя. На фиг.4 изображено сечение механизма, где плечо качающейся шпонки утоплено в шпоночном пазу вала двигателя, зубчатый венец на валу двигателя вращается вхолостую. На фиг.5 изображено положение подпружиненной планки, где зубчатый венец введен в зацепление с валом двигателя. На фиг.6 изображено положение подпружиненной планки, где плечо качающейся шпонки утоплено в пазу вала двигателя и зубчатый венец выведен из зацепления с валом двигателя. На фиг.7 изображено сечение по оси перемещения шатуна по направляющей втулке на валу двигателя. На фиг.8 изображена форма качающейся шпонки на виде сбоку в шпоночном пазу на валу двигателя в увеличенном масштабе для наглядности. На фиг.9 изображено положение плеча качающейся шпонки с заходными фасками, утопленного в пазу вала двигателя и форма паза в зубчатом венце в увеличенном масштабе.Figure 1 shows a General view of the conversion mechanism in a longitudinal section of a cylinder block of the engine, with a cutout for better visualization of the structure. Figure 2 shows a view of the mechanism from below with a cutout along the axis of the motor shaft for clarity of interaction between the gear racks, gear crowns and spring-loaded slats with the motor shaft. Figure 3 shows a cross-section of the mechanism, where the shoulder of the swiveling key, the ring gear is engaged with the motor shaft. Figure 4 shows a cross section of the mechanism, where the shoulder of the tread key is recessed in the keyway of the motor shaft, the ring gear on the motor shaft rotates idle. Figure 5 shows the position of the spring-loaded bar, where the ring gear is engaged with the motor shaft. Figure 6 shows the position of the spring-loaded bar, where the shoulder of the swinging key is recessed into the groove of the motor shaft and the ring gear is disengaged from the motor shaft. 7 shows a section along the axis of movement of the connecting rod along the guide sleeve on the motor shaft. On Fig shows the shape of the swinging keys in a side view in the keyway on the motor shaft in an enlarged scale for clarity. Figure 9 shows the position of the shoulder of the swinging key with entry chamfers, recessed into the groove of the motor shaft and the shape of the groove in the ring gear on an enlarged scale.

Механизм преобразования возвратно-поступательного движения размещается в картере 1 блока цилиндров. В поперечных перегородках картера расположены разъемные гнезда 2 под подшипники 3, которые на валу двигателя 4 от осевого перемещения крепятся подпружиненными кольцами 5. На валу двигателя под каждым цилиндром установлены 2 зубчатых венца 6 и 7, которые поочередно входят в зацепление с валом двигателя качающейся шпонкой 8, а с зубчатыми рейками 9 и 10 находятся в постоянном зацеплении. Зубчатые рейки расположены на шатуне 11 по разные стороны относительно вала двигателя. Хвостовая часть шатуна 11 с профилем прямоугольной формы и продолговатым вилкообразным пазом вдоль оси скользит по направляющей втулке 12 на валу двигателя, а боковыми поверхностями - между торцевой поверхностью на зубчатых венцах 6 и 7. В хвостовой части концы шатуна 11 скреплены планкой 13. На торцевой части зубчатых венцов 6 и 7 выступают кулачки 14 и 15, по которым скользят подпружиненные планки 16 и 17, от усилия которых в верхней и нижней мертвых точках поршня качающейся шпонкой 8 с заходными фасками передается сцепление с валом двигателя от одного зубчатого венца на другой. На валу двигателя между кулачками и подпружиненными кольцами 5 установлены шайбы 18. Зубчатые венцы должны без заедания свободно вращаться на утопленном плече шпонки 8. На зубчатых венцах 6 и 7, симметрично относительно оси и шпоночного паза, имеется упор 19, который упирается в торцевой выступ 20 на концах зубчатых реек 9 и 10 в крайних верхней и нижней мертвых точках поршня 21. На кулачках 14 и 15 перпендикулярно оси зубчатого венца сняты лыски над шпоночным пазом. Подпружиненные планки 16 и 17 скользят по направляющим на кронштейнах 22 и 23, которые крепятся в разъемном гнезде 2. Планки 16 и 17 скользят по поверхности кулачков 14 и 15, а на участке снятой лыски на кулачках от усилия пружины 24 плечо качающейся шпонки утапливается в шпоночном пазу на валу двигателя. Давление газов на поршень 21 передается через поршневой палец 25 на верхнюю головку шатуна 11.The reciprocating movement conversion mechanism is located in the crankcase 1 of the cylinder block. In the transverse partitions of the crankcase there are split bearings 2 for bearings 3, which are mounted by spring-loaded rings 5 on the shaft of the engine 4 from axial movement 5. On the shaft of the engine under each cylinder are 2 toothed rings 6 and 7, which alternately engage with the shaft of the motor with a swinging key 8 , and with gear racks 9 and 10 are in constant gearing. Gear racks are located on the connecting rod 11 on different sides relative to the motor shaft. The tail end of the connecting rod 11 with a rectangular profile and an oblong fork-shaped groove along the axis slides along the guide sleeve 12 on the motor shaft, and the lateral surfaces between the end surface on the ring gears 6 and 7. In the tail end, the ends of the connecting rod 11 are fastened by a bar 13. On the end part cams 14 and 15 protrude gear crowns 6 and 7, along which spring-loaded strips 16 and 17 slide, from the force of which the clutch with the motor shaft is transmitted from one to the upper and lower dead points of the piston by the swinging key 8 with input chamfers ring gear on the other. Washers 18 are mounted on the motor shaft between the cams and the spring-loaded rings 5. The gear crowns should rotate freely without jamming on the recessed shoulder of the key 8. On the gear crowns 6 and 7, there is a stop 19, which abuts against the end protrusion 20, symmetrically with respect to the axis and the keyway at the ends of the gear racks 9 and 10 at the extreme upper and lower dead points of the piston 21. On the cams 14 and 15 perpendicular to the axis of the gear ring, the flats are removed above the keyway. The spring-loaded strips 16 and 17 slide along the rails on the brackets 22 and 23, which are mounted in the releasable socket 2. The strips 16 and 17 slide on the surface of the cams 14 and 15, and in the area of the removed flat on the cams from the spring force 24, the shoulder of the swinging key is recessed in a groove on the motor shaft. The gas pressure on the piston 21 is transmitted through the piston pin 25 to the upper head of the connecting rod 11.

Работа механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршня на вращение вала двигателя двумя реечно-шестеренчатыми передачами описаны на примере четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2, принятом у большинства двигателей, в которых поршни совместно с шатунами попарно (первый с четвертым и второй с тертьим) совершают возвратно-поступательное движение. В крайних верхней и нижней точках поршня одновременно ранее включенный в зацепление зубчатый венец выходит из зацепления, а второй зубчатый венец входит в зацепление с валом двигателя. Порядок работы механизма приведен в таблице.The operation of the mechanism for converting the reciprocating motion of the piston to the rotation of the engine shaft by two rack and pinion gears is described on the example of a four-stroke engine with the operation order of cylinders 1-3-4-2, adopted by most engines in which the pistons with the connecting rods are paired (the first with the fourth and the second with a grate) make a reciprocating motion. At the extreme upper and lower points of the piston, the gear ring which was previously engaged in engagement is disengaged, and the second gear ring is engaged with the engine shaft. The operation procedure of the mechanism is shown in the table.

Таблица 1.Table 1. Порядок работы реечно-шестеренчатого механизма в четырехцилиндровом двигателе и последовательность включения в работу зубчатых венцов 6 и 7 с валом двигателя.The operating procedure of the rack-and-pinion mechanism in a four-cylinder engine and the sequence of switching on the gears 6 and 7 with the engine shaft. угол
поворо
та вала
angle
rotate
that shaft
цилиндрыcylinders
1one 22 33 4four 0-1800-180 раб. ходslave move выпускrelease сжатиеcompression впускinlet 66 77 66 77 66 77 66 77 вкл.incl. откл.off откл.off вкл.incl. откл.off вкл.incl. вкл.incl. откл.off 180-360180-360 выпускrelease впускinlet раб. ходslave move сжатиеcompression 66 77 66 77 66 77 66 77 откл.off вкл.incl. вкл.incl. откл.off вкл.incl. откл.off откл.off вкл.incl. 360-540360-540 впускinlet сжатиеcompression выпускrelease раб. ходslave move 66 77 66 77 66 77 66 77 вкл.incl. откл.off откл.off вкл.incl. откл.off вкл.incl. вкл.incl. откл.off 540-720540-720 сжатиеcompression раб. ходslave move впускinlet выпускrelease 66 77 66 77 66 77 66 77 откл.off вкл.incl. вкл.incl. откл.off вкл.incl. откл.off откл.off вкл.incl.

Порядок работы механизма рассмотрим на примере последовательности включения в зацепление зубчатых венцов с валом двигателя в такт рабочего хода в первом цилиндре, когда поршень находится в верхней мертвой точке:We will consider the operation of the mechanism using an example of the sequence of engagement of gear rims with the engine shaft in tact of the stroke in the first cylinder when the piston is at top dead center:

зубчатый венец 6 находится в зацеплении с валом двигателя 4 качающейся шпонкой 8 и зубчатой рейкой 9, а зубчатый венец 7 вращается на валу двигателя вхолостую (шпонка 8 утоплена в пазу вала двигателя). В такт рабочего хода в первом цилиндре сила давления газов передается на поршень 21 через поршневой палец 25, шатун 11, зубчатую рейку 9, зубчатый венец 6, шпонку 8 на вращение вала двигателя 4, создавая на нем крутящий момент. Зубчатый венец 7 вращается вхолостую на валу двигателя в противоположную сторону, при этом плечо качающейся шпонки 8 утоплено в шпоночном пазу вала двигателя 4 и наружной поверхностью скользит по внутренней поверхности зубчатого венца 7, а планка 17 скользит по кулачку 15 и сжимает пружину 24. В нижней мертвой точке поршня упор 19 на зубчатом венце 6 упирается в торцевой выступ 20 на зубчатой рейке 9, как показано на фиг.3, а упор 19 на зубчатом венце 7 упирается на торцевой выступ 20 на зубчатой рейке 10, как показано на фиг.4, при этом шпоночные пазы на зубчатых венцах 6 и 7 и шпоночный паз на валу двигателя 4 совмещаются в одной плоскости. От усилия подпружиненной планки 16 плечо качающейся шпонки 8 утапливается в шпоночном пазу на валу двигателя 4, выводя из зацепления зубчатый венец 6 с валом двигателя, а второе плечо шпонки 8 введет в зацепление зубчатый венец 7 с валом двигателя 4. Заходные фаски на шпонках 8 и профиль шпоночного паза по форме трапеции на зубчатых венцах 6 и 7 позволяют осуществлять самоцентрацию зубчатых венцов относительно зубчатых реек, увеличить время переключения сцепления зубчатых венцов с валом двигателя и, соответственно, увеличить число оборотов двигателя. Динамические удары упоров 19 на зубчатых венцах 6 и 7 и выступы 20 на концах зубчатых реек 9 и 10 компенсируются усилиями сжатия рабочей смеси в других цилиндрах (в нашем случае в тертьем цилиндре). Так заканчивается рабочий ход в первом цилиндре: поршень 21 переместится из верхней в нижнюю мертвую точку, а вал двигателя 4 совершит пол-оборота от 0° до 180°. В четвертом цилиндре поршень переместился в нижнюю мертвую точку в такт «впуск», во втором и третьем цилиндрах поршни переместились в верхнюю мертвую точку, соответственно совершены такт «выпуск» и «сжатие». Под каждым цилиндром подпружиненными планками 16 или 17 поменялось сцепление зубчатых венцов 6 и 7 с валом двигателя 4, качающейся шпонкой 8. На угле 180°-360° от усилия рабочего хода в третьем цилиндре (см.таблицу) поршень 21 перемещается вниз и через поршневой палец 25, шатун 11 зубчатую рейку 9, зубчатый венец 6, шпонку 8 вал двигателя 4 продолжает вращаться в том же направлении, а в первом цилиндре зубчатый венец 7 вращается в противоположном направлении. При вращении вала зубчатый венец 7 в первом цилиндре перемещает зубчатую рейку 10 вместе с шатуном 11, поршневым пальцем 25 и поршнем 21 в верхнюю мертвую точку. В верхней мертвой точке поршня упор 19 на зубчатом венце 7 упирается в торцевой выступ 20 на зубчатой рейке 10, а упор 19 на зубчатом венце 6 упирается в торцевой выступ 20 на зубчатой рейке 9, при этом шпоночные пазы на зубчатых венцах 6 и 7 и шпоночный паз на валу двигателя 4 совмещаются в одной плоскости. Под усилием подпружиненной планки 17 плечо качающейся шпонки 8 утапливается в шпоночном пазу на валу двигателя 4, выводя из зацепления зубчатый венец 7 с валом двигателя, как показано на фиг.4, а второе плечо шпонки 8 введет в зацепление зубчатый венец 6 с валом двигателя 4. Поршень 21 и механизм преобразования возвратно-поступательного движения возвращены в первоначальное положение и вал двигателя повернулся на 360°. Следующие два полуоборота (360°-540° и 540°-720°) вала двигателя произойдут от рабочего хода в цилиндрах четвертом и втором в последовательности, аналогичной описанной выше, с порядком работы механизмов, указанным в таблице.the ring gear 6 is engaged with the shaft of the engine 4 by the swinging key 8 and the gear rack 9, and the ring gear 7 rotates idle on the shaft of the engine (the key 8 is recessed into the groove of the shaft of the engine). In step with the stroke in the first cylinder, the gas pressure force is transmitted to the piston 21 through the piston pin 25, the connecting rod 11, the gear rack 9, the ring gear 6, the key 8 to rotate the motor shaft 4, creating a torque on it. The ring gear 7 rotates idle on the motor shaft in the opposite direction, while the shoulder of the key 8 is recessed in the keyway of the motor shaft 4 and the outer surface slides along the inner surface of the ring gear 7, and the bar 17 slides on the cam 15 and compresses the spring 24. In the lower the dead point of the piston, the stop 19 on the gear ring 6 abuts against the end protrusion 20 on the gear rack 9, as shown in FIG. 3, and the stop 19 on the gear ring 7 rests on the end protrusion 20 on the gear rack 10, as shown in FIG. 4, while keyways on the memory the crown rings 6 and 7 and the keyway on the shaft of the engine 4 are aligned in the same plane. Due to the force of the spring bar 16, the shoulder of the key 8 is recessed into the key groove on the motor shaft 4, disengaging the ring gear 6 from the motor shaft, and the second shoulder of the key 8 will mesh the ring gear 7 with the motor shaft 4. Entrance chamfers on the keys 8 and the keyway profile in the shape of a trapezoid on the gears 6 and 7 allows for self-centering of the gears relative to the gear racks, to increase the switching time of the engagement of the gears with the motor shaft and, accordingly, increase the number of revolutions gatel. The dynamic impacts of the stops 19 on the gears 6 and 7 and the protrusions 20 at the ends of the gear racks 9 and 10 are compensated by the compression forces of the working mixture in other cylinders (in our case, in the grated cylinder). So the working stroke in the first cylinder ends: the piston 21 will move from the top to the bottom dead center, and the shaft of the engine 4 will make a half turn from 0 ° to 180 °. In the fourth cylinder, the piston moved to the bottom dead center in the “intake” cycle, in the second and third cylinders the pistons moved to the top dead center, respectively, the “release” and “compression” cycles were made. Under each cylinder, the spring-loaded bars 16 or 17 changed the engagement of the gears 6 and 7 with the shaft of the engine 4, the swinging key 8. At an angle of 180 ° -360 ° from the working stroke in the third cylinder (see table), the piston 21 moves down and through the piston finger 25, connecting rod 11, gear rack 9, ring gear 6, key 8, the shaft of engine 4 continues to rotate in the same direction, and in the first cylinder, ring gear 7 rotates in the opposite direction. When the shaft rotates, the ring gear 7 in the first cylinder moves the rack 10 together with the connecting rod 11, the piston pin 25 and the piston 21 to the top dead center. At the top dead center of the piston, the stop 19 on the ring gear 7 abuts against the end protrusion 20 on the gear rack 10, and the stop 19 on the ring gear 6 abuts against the end protrusion 20 on the rack 9, while the keyways on the ring gears 6 and 7 and the keyway the groove on the shaft of the motor 4 are aligned in one plane. Under the force of the spring bar 17, the shoulder of the key 8 is recessed into the key groove on the motor shaft 4, disengaging the gear ring 7 from the motor shaft, as shown in FIG. 4, and the second shoulder of the key 8 will mesh the gear ring 6 with the motor shaft 4 The piston 21 and the reciprocating movement conversion mechanism are returned to their original position and the engine shaft is rotated 360 °. The next two half-turns (360 ° -540 ° and 540 ° -720 °) of the engine shaft will occur from the working stroke in the fourth and second cylinders in a sequence similar to that described above, with the order of operation of the mechanisms indicated in the table.

С применением механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршня на вращение вала двигателя двумя реечно-шестеренчатыми передачами во время такта расширения усилие давления газов передается вдоль оси цилиндра и направлено по касательной к шестерне вала двигателя, придавая ему вращаеттельное движение, что доводит до минимума механические потери энергии за счет отсутствия усилия прижима поршня к стенкам цилиндра, отсутствия радиального усилия, направленного по радиусу кривошипа, и за счет устранения потерь мощности, возникающих от влияния угла поворота коленчатого вала и от угла отклонения шатуна от оси цилиндра. Отсутствие в реечно-шестеренчатом механизме дорогостоящего коленчатого вала и споряженных деталей упрощает конструкцию двигателя.Using the mechanism for converting the reciprocating motion of the piston to the rotation of the engine shaft with two rack and pinion gears during the expansion stroke, the gas pressure force is transmitted along the cylinder axis and is directed tangentially to the engine shaft gear, giving it a rotational movement, which minimizes mechanical energy losses due to the lack of pressure of the piston against the walls of the cylinder, the absence of radial forces directed along the radius of the crank, and due to the elimination of power losses, oznayuschie from the influence of the angle of rotation of the crankshaft and from the angle of deviation of the connecting rod from the axis of the cylinder. The absence in the rack-and-pinion mechanism of an expensive crankshaft and spliced parts simplifies the design of the engine.

Claims (1)

Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное реечно-шестеренчатой передачей в двигателе внутреннего сгорания, состоящий из блока цилиндров, поршня, поршневого пальца и шатуна, отличающийся тем, что на валу двигателя под каждым цилиндром установлены по два зубчатых венца, а поршень с шатуном и двумя зубчатыми рейками, установленными по разные стороны относительно вала двигателя, совершает движение вдоль оси цилиндра, и зубчатые рейки постоянно находятся в зацеплении с двумя зубчатыми венцами на валу двигателя с одинаковым количеством зубьев на угле 180° и при перемещении шатуна с поршнем зубчатые венцы вращаются навстречу друг другу, а в мертвых точках поршня одновременно один зубчатый венец выходит из зацепления с валом двигателя и вращается вхолостую, а второй зубчатый венец входит в зацепление с валом двигателя, передавая ему вращательное движение в том же направлении, при этом ход поршня ограничивается упором на зубчатом венце и упором на зубчатой рейке. The mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into a rotary rack and pinion gear in an internal combustion engine, consisting of a cylinder block, a piston, a piston pin and a connecting rod, characterized in that two gear rings are installed on the engine shaft under each cylinder, and a piston with a connecting rod and two gear racks mounted on opposite sides relative to the engine shaft, makes a movement along the axis of the cylinder, and gear racks are constantly engaged with two gear rims on the shaft engine with the same number of teeth at an angle of 180 ° and when moving the connecting rod with the piston, the ring gears rotate towards each other, and at the dead points of the piston at the same time one ring gear disengages from the engine shaft and rotates idle, and the second ring gear engages with the shaft engine, transmitting rotational motion to it in the same direction, while the piston stroke is limited by focus on the ring gear and focus on the gear rack.
RU2011126511/06A 2011-06-29 2011-06-29 Conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with rack-and-pinion mechanism in internal combustion engine RU2480596C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011126511/06A RU2480596C2 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with rack-and-pinion mechanism in internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011126511/06A RU2480596C2 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with rack-and-pinion mechanism in internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011126511A RU2011126511A (en) 2013-01-10
RU2480596C2 true RU2480596C2 (en) 2013-04-27

Family

ID=48795149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011126511/06A RU2480596C2 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with rack-and-pinion mechanism in internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2480596C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724376C1 (en) * 2019-11-22 2020-06-23 Дмитрий Юрьевич Байков Rack mechanism

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1687744A (en) * 1925-12-23 1928-10-16 Webb Fred Maurice Reciprocating engine
US4608951A (en) * 1984-12-26 1986-09-02 Ambrose White Reciprocating piston engine
WO1989010502A1 (en) * 1988-04-22 1989-11-02 Young Keun Park Motion conversion mechanism for use between rotating motions and reciprocating motions, and internal combustion engine using the same mechanism
WO1990000676A1 (en) * 1988-07-08 1990-01-25 Wladyslaw Kurek Internal combustion engine
RU2084664C1 (en) * 1994-08-29 1997-07-20 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет Internal combustion engine
RU2131528C1 (en) * 1997-10-29 1999-06-10 Смердов Геннадий Георгиевич Internal combustion engine
RU2153588C1 (en) * 1999-01-05 2000-07-27 Смердов Геннадий Георгиевич Internal combustion engine
RU2188956C2 (en) * 2000-04-04 2002-09-10 Ахунов Рашид Габдулназипович Piston machine
RU2189472C2 (en) * 2000-10-25 2002-09-20 Владимир Александрович Ворогушин Device to convert rotation into reciprocation

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1687744A (en) * 1925-12-23 1928-10-16 Webb Fred Maurice Reciprocating engine
US4608951A (en) * 1984-12-26 1986-09-02 Ambrose White Reciprocating piston engine
WO1989010502A1 (en) * 1988-04-22 1989-11-02 Young Keun Park Motion conversion mechanism for use between rotating motions and reciprocating motions, and internal combustion engine using the same mechanism
WO1990000676A1 (en) * 1988-07-08 1990-01-25 Wladyslaw Kurek Internal combustion engine
RU2084664C1 (en) * 1994-08-29 1997-07-20 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет Internal combustion engine
RU2131528C1 (en) * 1997-10-29 1999-06-10 Смердов Геннадий Георгиевич Internal combustion engine
RU2153588C1 (en) * 1999-01-05 2000-07-27 Смердов Геннадий Георгиевич Internal combustion engine
RU2188956C2 (en) * 2000-04-04 2002-09-10 Ахунов Рашид Габдулназипович Piston machine
RU2189472C2 (en) * 2000-10-25 2002-09-20 Владимир Александрович Ворогушин Device to convert rotation into reciprocation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724376C1 (en) * 2019-11-22 2020-06-23 Дмитрий Юрьевич Байков Rack mechanism

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011126511A (en) 2013-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7201133B2 (en) Internal combustion engine having dual piston cylinders and linear drive arrangement
US4848282A (en) Combustion engine having no connecting rods or crankshaft, of the radial cylinder type
US20010017122A1 (en) Internal-combustion engine with improved reciprocating action
RU2423615C2 (en) Internal combustion engine (versions)
GR1009568B (en) Mechanism converting the oscillatory motion into rotary and vice versa - applications of said mechanism
US3916866A (en) Engine having reciprocating piston and rotary piston
JPH11159339A (en) Internal combustion engine for converting reciprocating motion of piston to rotating motion by rack and pinion mechanism
CN105604696A (en) Internal combustion engine driven by needle roller block with any tooth difference
GB2241988A (en) Reciprocating piston machine crank mechanism
EP0320171A1 (en) Power transmission apparatus
RU2480596C2 (en) Conversion mechanism of piston back-and-forth movement to rotational movement with rack-and-pinion mechanism in internal combustion engine
US20130276761A1 (en) Variable-compression engine assembly
RU2281399C2 (en) Opposed-piston engine
RU2084664C1 (en) Internal combustion engine
RU2298107C1 (en) Internls combustion radial piston engine
RU162437U1 (en) PISTON ENGINE TRANSFORMING MECHANISM
RU2539609C2 (en) Opposed-piston internal combustion engine
RU2479734C2 (en) Mechanism for conversion of piston reciprocation into rotation by two ice con-rod racks
RU2539698C1 (en) Opposite eight-cylinder engine
RU2341667C1 (en) Central rotor shaft ice
CN113323737B (en) Timing connecting rod component and horizontally opposed engine
RU121866U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU2564725C2 (en) Four-stroke crankless piston heat engine with opposed cylinders
JP6088460B2 (en) Internal combustion engine
RU60140U1 (en) CRANK MECHANISM

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160630